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基于线加速度计的捷联导航算法研究

作　者: 赵英
导　师: 吴俊伟
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 组合测姿系统 角速度解算 磁强计 全加速度计阵列
分类号: TN966
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着计算机技术和惯性仪表技术的发展，惯性导航技术已广泛应用到航空、航天、航海和其它民用领域。传统的捷联式惯导系统不太适合应用在大过载，大角速度的场合，采用全加速度计阵列构成的导航系统，在具有大加速度，大角速度的情况下仍能正常工作。近年来这种导航系统受到广泛的研究，取得了众多研究成果，已经成为惯性导航技术一个重要的研究方向。然而由于舍弃了陀螺，依靠加速度计的输出比力信号解算出载体角速度，使得导航系统的误差随时间积累较快，影响着导航系统的精度。本文针对角速度的解算方法和姿态融合估计作重点分析，以提高导航系统的精度。本文主要的研究内容有：第一，通过对几种典型的加速度空间配置方案分析，选用一种合理，实用的九加速度计配置方式。根据加速度计的输出对角速度解算方法进行重点研究。角速度解算的算法有积分算法和开方算法，文中还给出了通过误差修正进行角速度迭代解算，利用对数法解算，以及将几种解算方法进行融合处理的算法。第二，在进行姿态解算时，对四元数法和旋转矢量法进行详细的分析和仿真。虽然系统舍弃了陀螺，但圆锥误差依然存在于系统中，需要进行误差补偿，求解速度信息时也会出现划船误差。最后，针对一种短程战术导弹，将磁强计引入到捷联导航系统中，与九个加速度计构成组合测姿系统，将四元数和由加速度计得到的角速度作为系统状态变量，以磁强计输出信息和角速度平方项作为观测量，构建状态方程和观测方程，设计EKF滤波算法。通过仿真分析后角速度解算误差和姿态角误差的发散都得到了有效的抑制。本文通过对提高角速度解算精度方法的研究和利用地磁信息与加速度计信息进行组合导航以提高导航精度的探索，为这种全加速度计惯性测量系统走向实用化和工程化提供理论基础，也为后续的一些研究提供参考，具有一定的研究价值和广泛的应用前景。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 捷联惯性导航系统概述  10-11
  1.2 基于加速度计的惯性测量技术及其发展概况  11-13
    1.2.1 线加速度计测量技术介绍  11
    1.2.2 线加速度计惯性测量的发展概况  11-13
  1.3 加速度计磁强计组合导航系统  13
  1.4 课题背景及研究意义  13-14
  1.5 论文研究的内容及主要工作  14-16
第2章 捷联式惯性导航系统基本原理  16-23
  2.1 坐标系的介绍  16-18
  2.2 坐标系的转换  18-19
  2.3 加速度计惯性组合测量原理  19-20
  2.4 载体上任意一点的比力方程  20-21
  2.5 惯性测量组合加速度计输出  21-22
  2.6 本章小结  22-23
第3章 角速度解算和仿真分析  23-40
  3.1 几种典型的加速度计组合方案  23-25
    3.1.1 六加速度计空间组合方案  23-24
    3.1.2 九加速度计空间组合方案  24-25
    3.1.3 十二加速度计空间组合方案  25
  3.2 角速度解算及仿真  25-32
    3.2.1 角速度解算的积分和开方算法  27-28
    3.2.2 角速度对数解算方法  28-29
    3.2.3 角速度误差修正的方法  29
    3.2.4 仿真分析  29-32
  3.3 数据融合算法在角速度解算中应用  32-39
    3.3.1 数据融合的原理  32-33
    3.3.2 数据融合的方法  33-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章 捷联导航算法研究  40-55
  4.1 姿态解算算法  40-50
    4.1.1 四元数法  41-45
    4.1.2 旋转矢量法  45-50
  4.2 速度误差补偿分析  50-54
    4.2.1 速度求解方程  50-51
    4.2.2 速度误差补偿  51-54
  4.3 本章小结  54-55
第5章 加速度计与磁强计组合测姿  55-67
  5.1 磁强计测姿原理  55-58
    5.1.1 磁通门工作原理  55-56
    5.1.2 磁强计测姿原理  56-58
  5.2 九加速度计与磁强计组合测姿  58-66
    5.2.1 系统状态方程  59-60
    5.2.2 系统观测方程  60-62
    5.2.3 EKF 姿态估计过程  62-63
    5.2.4 EKF 算法仿真分析  63-66
  5.3 本章小结  66-67
结论  67-69
参考文献  69-72
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  72-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电导航 > 各种体制的导航系统
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